螺栓不松沒事,一松就斷?是什麼原因?

2020-12-24 騰訊網

螺栓鬆動是常有的事,但若不注意,往往會引起設備振動、部件損壞,甚至人員傷亡。如何擰緊一個小小的螺母,一直是機械設計中長盛不衰的話題,大家比較了解的,例如日本的偏心螺母、唐氏螺母和中國自緊王螺母,但我們今天不講這些緊固件界的明星,我們來聊聊工作中最基本的固定螺母的方法。

螺栓為什麼越擰越緊呢?

一般情況下,我們對於螺栓斷裂從以下四個方面來分析:

第一、螺栓的質量

第二、螺栓的預緊力矩

第三、螺栓的強度

第四、螺栓的疲勞強度

實際上,螺栓斷裂絕大多數情況都是因為鬆動而斷裂的,是由於鬆動而被打壞的。因為螺栓鬆動打斷的情況和疲勞斷裂的情況大體相同,最後,我們總能從疲勞強度上找到原因,實際上,疲勞強度大得我們無法想像,螺栓在使用過程中根本用不到疲勞強度。

一、螺栓斷裂不是由於螺栓的抗拉強度:

以一隻M20×80的8.8級高強螺栓為例,它的重量只有0.2公斤,而它的最小拉力載荷是20噸,高達它自身重量的十萬倍,一般情況下,我們只會用它緊固20公斤的部件,也只使用它最大能力的千分之一。即便是設備中其它力的作用,也不可能突破部件重量的千倍,因此螺紋緊固件的抗拉強度是足夠的,不可能因為螺栓的強度不夠而損壞。

二、螺栓的斷裂不是由於螺栓的疲勞強度:

螺紋緊固件在橫向振松實驗中只需一百次即可鬆動,而在疲勞強度實驗中需反覆振動一百萬次。換句話說,螺紋緊固件在使用其疲勞強度的萬分之一時即鬆動了,我們只使用了它大能力的萬分之一,所以說螺紋緊固件的鬆動也不是因為螺栓疲勞強度。

三、螺紋緊固件損壞的真正原因是鬆動:

螺紋緊固件鬆動後,產生巨大的動能mv2,這種巨大的動能直接作用於緊固件及設備,致使緊固件損壞,緊固件損壞後,設備無法在正常的狀態下工作,進一步導致設備損壞。

受軸向力作用的緊固件,螺紋被破壞,螺栓被拉斷。

受徑向力作用的緊固件,螺栓被剪斷,螺栓孔被打成橢圓。

四、選用防松效果優異的螺紋防松方式是解決問題的根本所在:

以液壓錘為例。GT80液壓錘的重量是1.663噸,其側板螺栓為7套10.9級M42螺栓,每根螺栓的抗拉力為110噸,預緊力取抗拉力一半計算,預緊力高達三、四百噸。但是螺栓一樣會斷,現在準備改成M48的螺栓,根本原因是螺栓防松解決不了。

螺栓斷裂,人們最容易得出的結論是強度不夠,因而大都採用加大螺栓直徑強度等級的辦法。這種辦法可以增加螺栓的預緊力,其摩擦力也得到了增加,當然防松效果也可以得到改善,但這種辦法其實是一種非專業的辦法,它的投入太大,收益太小。

總之,螺栓是:「不松不斷,一松就斷。」

螺栓鬆動原因分析

螺紋聯接 按自鎖條件設計:ψ ≤ρv,螺紋副中產生的摩擦副使螺栓自鎖從而緊固螺栓,所以靜載下連接不會自行鬆脫。但是在衝擊、振動、變載荷下、溫度變化較大時 螺旋副摩擦力F會減小或瞬時消失。這種現象若反覆出現,連接螺栓就會逐漸鬆動。螺紋緊固件鬆動後,產生的動能mv2,受軸向力作用的緊固件,螺紋被破壞,螺栓被拉斷。受徑向力作用的緊固件,螺栓被剪斷,螺栓孔被打壞 。

螺栓防松原理:限制螺紋副之間的相對運動,或增大相對運動的難度。

常用防松方法介紹(簡單介紹一下常用的的防松方法,文後將重點講解一些新型的,獨具特色的防松方法及其防松原理)

螺栓常用的防松方法有三種:摩擦防松、機械防松和永久防松。機械防松和摩擦防松為可拆卸防松,而永久防松稱為不可拆卸防松。

常用的螺母防松方法有三種:摩擦防松、機械防松和永久防松。

螺栓常用的防松方法有三種:摩擦防松、機械防松和永久防松。其中,機械防松和摩擦防松稱為可拆卸防松,而永久防松稱為不可拆卸防松。

No.1 摩擦防松

1.彈簧墊片防松

彈簧墊圈的防松原理是在把彈簧墊圈壓平後,彈簧墊圈會產生一個持續的彈力,使螺母與螺栓的螺紋連接副持續保持一個摩擦力,產生阻力矩,從而防止螺母鬆動。同時彈簧墊圈開口處的尖角分別嵌入螺栓和被連接件表面,從而防止螺栓相對於被連接件迴轉。

2.對頂螺母(雙螺母)防松

3.自鎖螺母防松

螺母一端製成非圓形收口或開縫後徑向收口。當螺母擰緊後,收口脹開,利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。

4.彈性圈螺母防松

螺紋旋入處嵌入纖維或尼龍來增加摩擦力。該彈性圈還起防止液體洩漏的作用。

No.2 機械防松

1.槽型螺母和開口銷防松

2.止動墊片

螺母擰緊後,將單耳或雙耳止動墊圈分別向螺母和被聯接件的側面折彎貼緊,實現防松。

3.串聯鋼絲防松

用低碳鋼鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內,將各螺釘串聯起來,使其相互制動。

No.3 永久防松

常用的永久防松有:點焊、鉚接、粘合等。這種方法在拆卸時大多要破壞螺紋緊固件,無法重複使用。

點焊、鉚接、粘合等。

這種方法在拆卸時大多要破壞螺紋緊固件,無法重複使用。

此外還有其他防松方式,如:在旋合螺紋間塗液體膠粘劑、在螺母末端鑲嵌尼龍環、鉚衝防松等。機械防松和摩擦防松稱為可拆卸防松,而永久防松稱為不可拆卸防松。

1、衝邊法防松

螺母擰緊後在螺紋末端衝點破壞螺紋。

2、粘合防松—螺母防松液

將螺母防松液塗抹在螺栓擰緊處,再擰上螺母,自行固化後,防松效果良好。

最後再來看看螺栓製造過程

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